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기상레이더 강수량 추정 값의 댐 유역 홍수 유출모의 적용
Application of the weather radar-based quantitative precipitation estimations for flood runoff simulation in a dam watershed 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.53 no.3, 2020년, pp.155 - 166  

조영현 (K-water연구원 한-메콩물관리연구센터) ,  우수민 (K-water 통합물관리처) ,  노준우 (K-water연구원 통합물관리연구소) ,  이을래 (K-water연구원 통합물관리연구소)

초록
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본 연구에서는 국내 산지지형을 대표하며, 타 댐 유역에 비해 비교적 수문(수위/유량)관측소와 자료가 많은 용담시험유역에 기상레이더 강수량 추정 값(RAR)을 적용해 산지지형 댐 유역에서 강우의 시공간적 변동성과 이에 따른 홍수량의 정확한 분석을 통해 홍수 시 댐 유입량의 정확한 산정 등에 활용할 목적으로 홍수 유출모의를 수행하였다. 모의에는 최근 5년(2014~2018년) 동안 발생한 비교적 독립적인 총 8개의 홍수사상을 적용하였으며, 모형은 HEC-GeoHMS와 ModClark 방법을 통해 분포형 강우를 적용할 수 있는 비교적 간단한 모형인 HEC-HMS를 활용하였다. 아울러 이 과정에서 레이더 강수량의 모형적용을 위해 NCL 및 Python 기반의 자료처리 스크립트 프로그램을 개발하여 활용하였다. 연구 결과로서 기상레이더 강수량 추정 값(RAR)이 관측에 비해 다소 과소 추정(R2 0.86)된 것을 알 수 있었고, 기존 지점관측 기반 유역평균 강수량을 사용한 방법과의 비교에서는 레이더 강수량을 적용한 모형이 유역의 강우-유출 도달시간 등과 관련된 매개변수 값의 큰 조정 없이도 홍수유출을 효율적으로 (8개모의 평균 ENS 0.863, R2 0.873, 그리고 PBIAS 7.49%) 잘 모의하는 것을 파악할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, we applied the Radar-AWS Rainrates (RAR), weather radar-based quantitative precipitation estimations (QPEs), to the Yongdam study watershed in order to perform the flood runoff simulation and calculate the inflow of the dam during flood events using hydrologic model. Since the Yongdam...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 국내 산지지형을 대표하며, 타 댐 유역에 비해 비교적 수문(수위/유량)관측소와 자료가 많은 용담시험유역에 기상레이더 강수량 추정 값(RAR)을 적용해 산지지형 댐 유역에서 강우의 시공간적 변동성과 이에 따른 홍수량의 정확한 분석을 통해 홍수 시 댐 유입량의 정확한 산정 등에 활용할 목적으로 홍수 유출모의를 수행하였다. 모의 결과는 기존 지점관측 기반 유역평균 강수량을 적용한 방법과의 비교를 통해 공간 분포형 레이더 격자 강수량 자료의 홍수 유출모의 활용성을 검토하고자 하며, 이를 통하여 산지지형 댐 유역의 홍수 특성을 보다 더 효율적이고 정확하게 분석해 보고자 한다.
  • 본 연구에서는 국내 산지지형을 대표하며, 타 댐 유역에 비해 비교적 수문(수위/유량)관측소와 자료가 많은 용담시험유역에 기상레이더 강수량 추정 값(RAR)을 적용해 산지지형 댐 유역에서 강우의 시공간적 변동성과 이에 따른 홍수량의 정확한 분석을 통해 홍수 시 댐 유입량의 정확한 산정 등에 활용할 목적으로 홍수 유출모의를 수행하였다. 모의 결과는 기존 지점관측 기반 유역평균 강수량을 적용한 방법과의 비교를 통해 공간 분포형 레이더 격자 강수량 자료의 홍수 유출모의 활용성을 검토하고자 하며, 이를 통하여 산지지형 댐 유역의 홍수 특성을 보다 더 효율적이고 정확하게 분석해 보고자 한다.
  • 본 연구에서는 기상레이더 기반 격자 강수량을 활용한 홍수 유출모의를 위해 필요한 자료 전처리 프로그램을 개발과 ModClark 방법 기반의 HEC-HMS 모형을 구축하였으며, 이를 전체 8개 홍수사상에 대해 적용하여 유출량 분석을 수행하였다. 연구를 통해 최신 기상레이더 강수량 추정 자료의 산지 지역 댐 유역 수문모의에의 활용성을 평가하고자 했으며, 그 공간분포에 따른 유출해석 상의 유용성 및 효율성을 파악할 수 있었는데, 그 주요 결과는 다음과 같다.
  • 레이더 기반의 공간 분포형 격자 강수량 추정 값을 활용한 홍수분석 모의를 수행하기 위해서는 ArcGIS (ESRI, 2019)에서 구동되는 Arc Hydro와 HEC-GeoHMS 어플리케이션을 이용하여 HEC-HMS 모형을 구축하여야 한다. 이는 격자단위(grid-based) 강우-유출 해석 방법인 ModClark이 적용된 HECHMS 모형을 만들기 위함으로, 본 연구에서는 ModClark 모형뿐만 아니라 기존 집중형(lumped) 해석 방법의 하나로 적용되어온 Clark의 유역추적법에 기반 한 모형도 동시에 구축하여 지점 자료를 티센망(Thiessen polygon)으로 공간보간 평균한 면적 강수량을 활용한 홍수모의의 결과와도 비교 검증할 수 있도록 하였다.
  • 한편, 본 연구의 홍수분석 모의에서는 일반적인 강우-유출 예측을 위한 모형의 검·보정 과정처럼 매개변수 셋(set)을 하나로 설정하지 않고 각각 개별로 매개변수 값을 조정하여 모형의 검증작업을 수행하였는데, 그 이유는 연구에서 활용한 공간 분포형 격자강수량 자료와 이의 모의방법(ModClark)이 산지지역 댐 유역의 홍수특성을 보다 더 효율적이고 정확하게 분석하는 지를 파악하고, 이를 기존 지점관측 기반 유역평균 강우를 적용한 방법과의 비교를 통해 그 활용성을 검토하기 위함이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
용담시험유역에 기상레이더 강수량 추정 값을 적용하여 얻은 수치를 활용할 방안은? 본 연구에서는 국내 산지지형을 대표하며, 타 댐 유역에 비해 비교적 수문(수위/유량)관측소와 자료가 많은 용담시험유역에 기상레이더 강수량 추정 값(RAR)을 적용해 산지지형 댐 유역에서 강우의 시공간적 변동성과 이에 따른 홍수량의 정확한 분석을 통해 홍수 시 댐 유입량의 정확한 산정 등에 활용할 목적으로 홍수 유출모의를 수행하였다. 모의에는 최근 5년(2014~2018년) 동안 발생한 비교적 독립적인 총 8개의 홍수사상을 적용하였으며, 모형은 HEC-GeoHMS와 ModClark 방법을 통해 분포형 강우를 적용할 수 있는 비교적 간단한 모형인 HEC-HMS를 활용하였다.
레이더-AWS 강우강도란? 레이더-AWS 강우강도(Radar-AWS Rainrates, RAR)는 기상청에서 강수예보 활용의 목적으로 개발한 자료로 레이더 반사도(Z)와 우량계 강수량(R)을 이용하여 실시간으로 Z-R 관계식을 산출 적용하여 제공하고 있는 정량적 강수량 추정 값을 지칭한다. 본 연구에서 활용한 RAR 합성장은 2015년도 10월부터 개선 적용된 RAR version 2.
레이더-AWS 강우강도를 활용한 충주댐 상류유역 대상 추정값과 한계점은? 이에 Lee et al. (2014b, 2014c)은 RAR를 이용한 수문모형 적용을 실시한 바 있으며, 충주댐 상류유역을 대상으로 한 홍수유출 모의에서 비교적 정확한 홍수량의 추정이 가능함을 보였다. 하지만, 이들의 연구에서도 적용한 유역의 출구 외에 상류의 지류 등 다 지점 관측 유량을 분석에 반영치 않아 레이더 강우만의 공간 분포형 격자 활용 효율성을 파악해 볼 수는 없었다.
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